Sonne

Abbildung 1. Ein Bild der Sonne.

Die Sonne ist der Stern im Zentrum unseres Sonnensystems. Sie besteht hauptsächlich aus Wasserstoff – etwa drei Viertel ihrer Gesamtmasse – und Helium – etwa ein Viertel ihrer Gesamtmasse. Der Rest ihrer Masse besteht aus anderen Elementen, die in viel geringerer Menge vorkommen und insgesamt knapp zwei Prozent der Sonnenmasse ausmachen. Zu diesen Elementen gehören Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Neon, Magnesium, Silizium, Schwefel und Eisen. Über 50 weitere Elemente sind in Spuren vorhanden. Die Temperatur der Sonnenoberfläche beträgt 5778 K (5505°C).

Energie der Sonne

Die Energie der Sonne ist für das Leben auf der Erde lebenswichtig. Sie ermöglicht nicht nur die Existenz von Leben, sondern ist auch die Quelle der meisten vom Menschen genutzten Energie. Biomasse, fossile Brennstoffe und einige erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie haben ihren Ursprung in der Sonne. Fossile Brennstoffe sind einfach Sonnenenergie, die in einer sekundären Form gespeichert ist. Die ursprüngliche Energie der Sonne wird durch Photosynthese eingefangen und in chemischen Bindungen gespeichert, während die Pflanzen wachsen. Diese Energie wird dann Millionen von Jahren später freigesetzt, nachdem sich diese Pflanzen in fossile Brennstoffe umgewandelt haben. Alle fossilen Brennstoffe sind letztlich Energie aus Sonnenlicht. Die Sonnenenergie, die die Erde erreicht, ist beträchtlich, selbst nachdem sie Hunderte von Kilometern der Erdatmosphäre durchquert hat. Die Sonnenstrahlung, die die Erde erreicht, hat eine beträchtliche Menge an Energie. Bei voller Intensität beträgt die Sonnenenergie, die die Erde an der Oberfläche der oberen Atmosphäre erreicht, etwa 1367 W/m2. Berücksichtigt man die Tatsache, dass nur die Hälfte der Erde der Sonne zugewandt ist, sowie die unterschiedlichen Mengen an Sonnenlicht, die auf die verschiedenen Breitengrade treffen, und die Menge an Atmosphäre, die das Sonnenlicht durchqueren muss, beträgt die durchschnittliche Leistung etwa 340 W/m2.

Neben der Bereitstellung von Energie erwärmt die Sonnenenergie die Erde so weit, dass sie bewohnbar ist (die Struktur der Atmosphäre trägt ebenfalls dazu bei, dass der Energiehaushalt der Erde eine konstante, bewohnbare Temperatur beibehält). Die Sonne erzeugt auch Wettermuster, Meeresströmungen und Luftströmungen.

Schichten der Sonne

Satelliten wurden gestartet, um die Sonne kontinuierlich zu untersuchen. Diese Satelliten beobachten die Sonne in einer Vielzahl von Wellenlängen, was dazu beiträgt, ein Bild zu erstellen, das die innere Funktionsweise der Sonne beschreibt. Es wird angenommen, dass die Sonne aus 6 verschiedenen Regionen besteht:

• Kern: Das innere 1/5 des Radius der Sonne wird als ihr Kern bezeichnet. Innerhalb des Kerns findet die Kernfusion statt, und somit ist es der Ort, an dem die Energie der Sonne ihren Ursprung hat. Der Kern hat eine hohe Konzentration von Wasserstoffatomen, die durch die Schwerkraft zum Zentrum der Sonne gedrückt werden. Wenn eine große Anzahl von Wasserstoffatomen in eine kleine Region gepresst wird, werden sie heiß – eine Temperatur von etwa 13,6 Millionen Grad im Inneren des Kerns. Wenn der Wasserstoff auf diese Temperaturen aufgeheizt ist, bewegen sie sich immer schneller und stoßen dabei häufiger miteinander zusammen. Wenn sich schnell bewegende Wasserstoffatome zusammenstoßen, lösen sie manchmal eine Kernfusionsreaktion durch Quanten-Tunneling aus.
• Strahlungszone: Diese Schicht ist die Zone, die den Kern umgibt. Die Energie, die durch den Kernfusionsprozess im Kern erzeugt wird, liegt in Form von hochenergetischen Photonen vor. Diese Photonen bewegen sich durch einen Strahlungsprozess nach außen. Diese Photonen bewegen sich schnell – mit Lichtgeschwindigkeit – aber ihre häufige Kollision mit anderen Teilchen führt zu einer sehr langsamen Bewegung aus der Strahlungszone heraus, weil sie keinen geraden Weg nach außen nehmen.
• Konvektionszone: Dieser Bereich bildet die äußere Hülle der Sonne. In dieser Zone wird die Energie durch Konvektion sehr schnell übertragen. Heißeres Gas aus der Strahlungszone dehnt sich aus und steigt durch die Konvektionszone nach oben. Es kann dies tun, weil die Konvektionszone kühler als die Strahlungszone und daher weniger dicht ist. Während das Gas aufsteigt, kühlt es sich auch ab und sinkt wieder nach unten. Wenn es sich der Strahlungszone nähert, erwärmt es sich wieder und steigt nach oben. Dieser Prozess wiederholt sich und erzeugt Konvektionsströme.
• Photosphäre: Dieser Teil der Sonne ist eine dünne Schicht, und es ist die Schicht, in der das Licht emittiert wird. Somit ist die Photosphäre die Schicht der Sonne, die wir von der Erde aus sehen.
• Chromosphäre: Dies ist eine rötlich-orangefarbene Gasschicht. Im Allgemeinen ist sie mit bloßem Auge nicht zu sehen, da das Licht der Photosphäre sie überstrahlt. Während einer Sonnenfinsternis kann sie jedoch gesehen werden. Sie kann auch in Protuberanzen gesehen werden.
• Korona: Dies ist eine schwache Plasmaschicht, die die Oberfläche der Sonne umgibt. Sie kann nur während einer Sonnenfinsternis mit dem bloßen Auge gesehen werden. Die Temperaturen in der Korona können bis zu zwei Millionen Grad betragen.

Abbildung 2. Dies ist ein dreidimensionales Modell der Sonne, das von der NASA zur Verfügung gestellt wurde. Ziehen Sie das Bild herum, um die Sonne aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten.

Für weitere Lektüre

Für weitere Informationen über die Energie, die von der Sonne kommt, siehe:

• Kernfusion in der Sonne
• Solarstrahlung
• Insolation

Für weitere Informationen darüber, wie diese Energie auf der Erde wichtig ist, siehe:

• Solarenergie auf der Erde
• Temperatur der Erde
• Solarenergie